瓦斯/空气预混气体爆燃流场测试系统多参数耦合同步控制实验方法

胡洋 尹尚先 Bjørn J.ARNTZEN 朱建芳 李雪冰 Ragnhild Dybdal OIE 秦汉圣

胡洋, 尹尚先, Bjørn J.ARNTZEN, 朱建芳, 李雪冰, Ragnhild Dybdal OIE, 秦汉圣. 瓦斯/空气预混气体爆燃流场测试系统多参数耦合同步控制实验方法[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 094201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0312
引用本文: 胡洋, 尹尚先, Bjørn J.ARNTZEN, 朱建芳, 李雪冰, Ragnhild Dybdal OIE, 秦汉圣. 瓦斯/空气预混气体爆燃流场测试系统多参数耦合同步控制实验方法[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(9): 094201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0312
HU Yang, YIN Shangxian, Bjørn J. ARNTZEN, ZHU Jianfang, LI Xuebing, Ragnhild Dybdal OIE, QIN Hansheng. Experimental study of multi-objective coupling synchronous control in gas/air premixed gas deflagration flow test system[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 094201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0312
Citation: HU Yang, YIN Shangxian, Bjørn J. ARNTZEN, ZHU Jianfang, LI Xuebing, Ragnhild Dybdal OIE, QIN Hansheng. Experimental study of multi-objective coupling synchronous control in gas/air premixed gas deflagration flow test system[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(9): 094201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0312

瓦斯/空气预混气体爆燃流场测试系统多参数耦合同步控制实验方法

doi: 10.11883/bzycj-2018-0312
基金项目: 国家自然科学基金(51774136,51874134);“十三五”国家重点研发计划(2017YFC0804108,2016YFC0801502);中央高校建设世界一流大学(学科)和特色发展引导专项国际合作项目(0108023303);河北省自然科学基金(E2018508089);爆炸科学与技术国家重点实验室开放基金(KFJJ15-15M);华北科技学院中央高校基本科研业务费项目(3142018017,3142016018,3142017093)
详细信息
    作者简介:

    胡 洋(1979- ),男,博士,副教授,28770007@qq.com

    通讯作者:

    尹尚先(1964- ),男,博士,教授,yinshx03@qq.com

  • 中图分类号: O384

Experimental study of multi-objective coupling synchronous control in gas/air premixed gas deflagration flow test system

  • 摘要: 为了更精确地获得爆炸激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程中,激波形成过程、压力和火焰传播速度以及火焰与惰性阻燃剂相互作用的流场演化图像。通过分析激波管测试系统中多个目标的时间响应特征及控制方式,利用超高速相机、光电倍增管、时间延时器、固态继电器、电荷放大器和数据采集系统等设备,设计实验方案,分别对激波管中瓦斯/空气预混气体爆燃高压点火系统的响应时间和惰性介质阻燃剂喷射系统的响应时间进行测试。实验结果表明电火花点火的响应时间为微秒量级,而阻燃剂喷射系统的响应时间为毫秒量级,以响应时间为依据,通过设置精确的延迟时间实现多目标同步控制,为完成激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程的微观流场显示奠定基础。
  • 图  1  多目标同步同步控制系统实验原理图

    1. Ultra high speed acquisition; 2. Transient spectrum; 3. Solid state relay; 4. DG64; 5. Signal generator; 6. Igniter; 7. Digital acquisition; 8. Pulse laser; 9. Roots pump; 10. Control cabinet

    Figure  1.  Multi-objective synchronous control system

    图  2  高压点火装置与阻燃剂喷射装置同步控制实验方案示意图

    Figure  2.  Schematic diagram of synchronous control experiment scheme for the high pressure ignition device and the flame retardant injection device

    图  3  高压点火系统放电响应时间t1测量方案示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of t1 measurement scheme for discharge response time of high voltage ignition system

    图  4  阻燃剂喷射系统响应时间t2测量方案示意图

    Figure  4.  Schematic diagram of response time t2 measurement scheme for flame retardant injection system

    图  5  高压点火系统放电响应时间t1实测数据

    Figure  5.  Experimental data of discharge response time of high voltage ignition system t1

    图  6  惰性介质阻燃剂喷射系统响应时间测试高速摄影图

    Figure  6.  Response time test of injection system for inert medium flame retardants

    表  1  同步控制实验系统中的变量

    Table  1.   Variables in synchronous control experiment system

    变量含义备注
    t0信号发生器产生电平TTL0的时刻定义该时刻为系统的“0”时刻
    t1高压点火装置放电响应时间本文需实验测得响应时间尺度
    t2预混气体点火延时时间认为相同物质相同压力下该时间一致[13]
    t3火焰运动到观察窗时间需要通过多组实验得到较好的重复性[14]
    t4阻燃剂喷射系统响应时间本文需实验测得响应时间尺度
    t5阻燃剂运动到观察窗时间认为相同压力等长管路下该时间一致
    t6触发瞬态光谱ICCD快门时刻电子快门响应时间为ns级可忽略
    t7触发超高速相机CCD快门时刻电子快门响应时间为ns级可忽略
    td通道设置延时时间由上述各个变量确定
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    表  2  高压点火系统放电响应时间t1实验数据

    Table  2.   Experimental data on discharge response time of high voltage ignition system t1

    实验序号t1/μs实验序号t1/μs
    126N523
    224N624
    322N720
    421N822
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    表  3  惰性介质阻燃剂喷射系统响应时间t2实验数据

    Table  3.   Inert medium flame retardant injection system response time t2 experimental data

    实验序号拍摄速率/s−1照片帧数响应时间t2/μs
    1 4 000N194 500
    2 4 000N204 750
    3 8 000N364 375
    4 8 000N384 625
    510 000N454 400
    610 000N444 300
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-08-22
  • 修回日期:  2018-12-03
  • 网络出版日期:  2019-08-25
  • 刊出日期:  2019-09-01

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